Linux-2.6.38驱动的几个结构体关系总结

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简介:Linux驱动程序刚接触,虽然不是很清楚,但是总归是慢慢学习的过程。我的环境是Fedora14虚拟机。内核版本是2.6.38.1,其中的实现过程存在很多的问题,主要是因为很多的内核函数发生了较大的差别.其中最大的可能是ioctl以及互信息量的实现。这两个的问题也使得我们在驱动设计过程中出现很多的疑惑和问题。

总结:

主要包括几个重要的结构体、并发控制、以及ioctl的实现。在驱动的设计过程主要涉及3个重要的结构体。struct file_operations,struct inode,struct file.

struct file_operations主要是涉及一些文件操作的函数,其本质上就是一个函数指针的集合,包含了文件操作的各种函数声明,可能与应用程序设计中的相应函数只在参数上存在一定的差别。但是在2.6.36版本以后,其中的内容发生了较大的变化,主要设计了ioctl的相关操作。

struct file_operations {

struct module *owner;

loff_t (*llseek) (struct file *, loff_t, int);

ssize_t (*read) (struct file *, char __user *, size_t, loff_t *);

ssize_t (*write) (struct file *, const char __user *, size_t, loff_t *);

ssize_t (*aio_read) (struct kiocb *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t);

ssize_t (*aio_write) (struct kiocb *, const struct iovec *, unsigned long, loff_t);

int (*readdir) (struct file *, void *, filldir_t);

unsigned int (*poll) (struct file *, struct poll_table_struct *);

/*新添加的函数,同时去掉了ioctl的函数,同时返回值也发生了变化*/

long (*unlocked_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);

long (*compat_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);

int (*mmap) (struct file *, struct vm_area_struct *);

int (*open) (struct inode *, struct file *);

int (*flush) (struct file *, fl_owner_t id);

int (*release) (struct inode *, struct file *);

int (*fsync) (struct file *, int datasync);

int (*aio_fsync) (struct kiocb *, int datasync);

int (*fasync) (int, struct file *, int);

int (*lock) (struct file *, int, struct file_lock *);

ssize_t (*sendpage) (struct file *, struct page *, int, size_t, loff_t *, int);

unsigned long (*get_unmapped_area)(struct file *, unsigned long, unsigned long, unsigned long, unsigned long);

int (*check_flags)(int);

int (*flock) (struct file *, int, struct file_lock *);

ssize_t (*splice_write)(struct pipe_inode_info *, struct file *, loff_t *, size_t, unsigned int);

ssize_t (*splice_read)(struct file *, loff_t *, struct pipe_inode_info *, size_t, unsigned int);

int (*setlease)(struct file *, long, struct file_lock **);

long (*fallocate)(struct file *file, int mode, loff_t offset,

loff_t len);

};

long (*unlocked_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);

long (*compat_ioctl) (struct file *, unsigned int, unsigned long);

是最近添加进来的函数,为了实现原来的ioctl函数,同时参数以及返回值都发生了较大的变化,这也是为什么在2.6.36版本以后的内核中使用ioctl函数会报错的原因。unlocked_ioctl函数通常用来实现原来的ioctl函数,而compat_ioctl函数则用来实现一些兼容版本的ioctl问题。返回值由原来的int变为long型,也是需要注意的。在ioctl中,第一个参数是struct inode,2.6.36以后的版本将不能直接访问到inode参数,只能间接的访问,具体的访问方法后面在总结。

在驱动实现过程中主要包括对各个需要实现函数的赋值,但是open函数不能赋值与否,都会默认打开,如果不赋值,则默认该设备一直打开。其他的函数不赋值,即表示不实现该方法。常用的复制方法如下:

/*添加该模块的基本文件操作支持*/

static const struct file_operations mem_fops =

{

/*结尾不是分号,注意其中的差别*/

.owner = THIS_MODULE,

.llseek = mem_llseek,

.read = mem_read,

.write = mem_write,

.open = mem_open,

.release = mem_release,

/*添加新的操作支持*/

.unlocked_ioctl = mem_ioctl,

};

需要注意的是后面不再是分号,而是逗号。其中的mem_read、mem_write等是函数的具体实现过程。.owner表示该结构体属于那个,当然就是THIS_MODULE,表示这个模块。

struct inode表示的是一个文件的索引,该结构是每一个具体的物理文件(保存在存储器中的实体文件)的索引,一个文件对应一个唯一的struct inode,其中表明了文件的大小,文件的类型,文件的时间等参数,结构体中每一个参数都能表示某一个文件的特性,通过inode就能表示文件的所有信息。

struct inode {

/* RCU path lookup touches following: */

umode_t i_mode;

/*使用者的id*/

uid_t i_uid;

/*使用者的组的id*/

gid_t i_gid;

const struct inode_operations *i_op;

struct super_block *i_sb;

spinlock_t i_lock; /* i_blocks, i_bytes, maybe i_size */

unsigned int i_flags;

struct mutex i_mutex;

/*状态标志*/

unsigned long i_state;

unsigned long dirtied_when; /* jiffies of first dirtying */

struct hlist_node i_hash;

struct list_head i_wb_list; /* backing dev IO list */

struct list_head i_lru; /* inode LRU list */

struct list_head i_sb_list;

union {

struct list_head i_dentry;

struct rcu_head i_rcu;

};

unsigned long i_ino;

/*引用次数,当这个数为0时,release函数才能完成*/

atomic_t i_count;

unsigned int i_nlink;

/*设备文件的设备号*/

dev_t i_rdev;

unsigned int i_blkbits;

u64 i_version;

/*文件偏移量*/

loff_t i_size;

#ifdef __NEED_I_SIZE_ORDERED

seqcount_t i_size_seqcount;

#endif

/*文件的时间参数,包括三种时间*/

struct timespec i_atime;

struct timespec i_mtime;

struct timespec i_ctime;

blkcnt_t i_blocks;

unsigned short i_bytes;

struct rw_semaphore i_alloc_sem;

const struct file_operations *i_fop; /* former ->i_op->default_file_ops */

struct file_lock *i_flock;

/*文件的备份地址空间*/

struct address_space *i_mapping;

/*设备地址空间*/

struct address_space i_data;

#ifdef CONFIG_QUOTA

struct dquot *i_dquot[MAXQUOTAS];

#endif

struct list_head i_devices;

/*说明了三种不同的驱动类型*/

union {

struct pipe_inode_info *i_pipe;

struct block_device *i_bdev;

struct cdev *i_cdev;

};

__u32 i_generation;

#ifdef CONFIG_FSNOTIFY

__u32 i_fsnotify_mask; /* all events this inode cares about */

struct hlist_head i_fsnotify_marks;

#endif

#ifdef CONFIG_IMA

/* protected by i_lock */

unsigned int i_readcount; /* struct files open RO */

#endif

/*写者使用次数*/

atomic_t i_writecount;

#ifdef CONFIG_SECURITY

void *i_security;

#endif

#ifdef CONFIG_FS_POSIX_ACL

struct posix_acl *i_acl;

struct posix_acl *i_default_acl;

#endif

void *i_private; /* fs or device private pointer */

};

驱动程序设计过程中通常采用i_rdev判断设备文件的设备号。

struct file是指文件对象,表示进程中打开的文件,一个物理文件只有一个inode,但是可以被打开很多次,因此可以存在很多struct file结构体。

struct file {

/*

* fu_list becomes invalid after file_free is called and queued via

* fu_rcuhead for RCU freeing

*/

union {

struct list_head fu_list;

struct rcu_head fu_rcuhead;

} f_u;

/*文件的路径*/

struct path f_path;

#define f_dentry f_path.dentry

#define f_vfsmnt f_path.mnt

/*该文件支持的操作集合*/

const struct file_operations *f_op;

spinlock_t f_lock; /* f_ep_links, f_flags, no IRQ */

#ifdef CONFIG_SMP

int f_sb_list_cpu;

#endif

/*文件对象的使用次数*/

atomic_long_t f_count;

unsigned int f_flags;

fmode_t f_mode;

loff_t f_pos;

struct fown_struct f_owner;

const struct cred *f_cred;

struct file_ra_state f_ra;

u64 f_version;

#ifdef CONFIG_SECURITY

void *f_security;

#endif

/* needed for tty driver, and maybe others */

/*通常用来指向具体的数据或者设备文件,实现操作*/

void *private_data;

#ifdef CONFIG_EPOLL

/* Used by fs/eventpoll.c to link all the hooks to this file */

struct list_head f_ep_links;

#endif /* #ifdef CONFIG_EPOLL */

struct address_space *f_mapping;

#ifdef CONFIG_DEBUG_WRITECOUNT

unsigned long f_mnt_write_state;

#endif

};

访问inode主要是通过这两个机构体之间的管理型。

struct path {

struct vfsmount *mnt;

struct dentry *dentry;

};

struct dentry {

/* RCU lookup touched fields */

unsigned int d_flags; /* protected by d_lock */

seqcount_t d_seq; /* per dentry seqlock */

struct hlist_bl_node d_hash; /* lookup hash list */

struct dentry *d_parent; /* parent directory */

struct qstr d_name;

struct inode *d_inode; /* Where the name belongs to - NULL is

* negative */

unsigned char d_iname[DNAME_INLINE_LEN]; /* small names */

/* Ref lookup also touches following */

unsigned int d_count; /* protected by d_lock */

spinlock_t d_lock; /* per dentry lock */

const struct dentry_operations *d_op;

struct super_block *d_sb; /* The root of the dentry tree */

unsigned long d_time; /* used by d_revalidate */

void *d_fsdata; /* fs-specific data */

struct list_head d_lru; /* LRU list */

/*

* d_child and d_rcu can share memory

*/

union {

struct list_head d_child; /* child of parent list */

struct rcu_head d_rcu;

} d_u;

struct list_head d_subdirs; /* our children */

struct list_head d_alias; /* inode alias list */

};

其中的可以通过struct file间接的访问物理文件的struct inode,具体的实现是filp->f_path.entry->d_inode,这个过程也就实现了将inode和file结构体之间的联系。

上面的几个主要的结构体是驱动实现过程中最重要的几个。具体的意义还要联系起来分析。

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